DE19857955A1 - Internal combustion engine exhaust gas constant volume sampling system uses a balanced pressure collection system and flexible walled sample containers, and is especially suitable for very low concentration emissions - Google Patents

Internal combustion engine exhaust gas constant volume sampling system uses a balanced pressure collection system and flexible walled sample containers, and is especially suitable for very low concentration emissions

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Abstract

A device for analyzing a multiple component exhaust gas has a number of sample containers (1, 2, 3), an analyzer, and interconnecting valves and pipework. The sample containers are housed within a gas-tight chamber (16) which is maintained at reduced pressure by a pump (18). An Independent claim is also included for a procedure in which the chamber (16), holding the sample containers, is maintained under a constant level of reduced pressure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 5.The invention relates to a device and a method for analyzing Exhaust components according to the preambles of claims 1 and 5.

Vorrichtungen und Verfahren zur Messung von Abgaskomponenten von Brenn­ kraftmaschinen sind hinlänglich bekannt. Beim sogenannten CVS (Constant Volume Sampling)-Verfahren wird das während eines Tests erzeugte Abgas dem Ansaugstrom eines konstant fördernden Fördermittels zugeführt. Das Fördermittel hat eine Förder­ kapazität, die deutlich über dem maximalen Abgasvolumenstrom des Fahrzeugmotors bei Vollast liegt. Die zwischen Abgasmenge und Fördermittelkapazität auftretende Volumen­ differenz wird durch Ansaugen von gefilterter Frischluft ausgeglichen. Das Abgas wird also in ständig wechselnden Verhältnissen verdünnt. Aus der Verdünnungsluft und aus dem Abgas-Luftgemisch werden während der gesamten Prüfung mit gleichbleibendem Volumenstrom Proben entnommen und in Probenbeutel gesammelt. In den so aufbe­ reiteten Proben werden die Konzentrationen der Schadstoffe und des Kohlendioxid ge­ messen. Ein Problem entsteht nun dadurch, daß die Emissionen moderner Motoren und Fahrzeuge immer geringer werden. Die gemessenen Konzentrationen nähern sich oft schon der Nachweisgrenze der Analytik, die Analyseergebnisse werden unsicherer. Eine Abhilfe ist es, wenn das Verdünnungsverhältnis geringer und damit die Abgaskonzentra­ tionen in den Beuteln größer wird. Begrenzt wird dieses Vorgehen durch die ebenfalls wachsende Wasserkonzentration. Eine Kondensation von Wasser in den Abgasbeuteln, in den dorthin führenden Leitungen oder in der Analyseleitung muß aber vermieden wer­ den, da dies zur Verfälschung der Meßergebnisse führt (einige Schadstoffe sind wasser­ löslich und fallen auch aus). Dieses Problem wird heutzutage schon dadurch behoben, daß die Abgasbeutel sowie die dorthin führende Probenentnahmeleitung aus der CVS so­ wie die Analyseleitung beheizt werden. Devices and methods for measuring exhaust gas components from combustion engines are well known. With the so-called CVS (Constant Volume Sampling) process, the exhaust gas generated during a test is the intake flow a constant funding. The grant has a grant capacity, which significantly exceeds the maximum exhaust gas volume flow of the vehicle engine Full load is. The volume between the amount of exhaust gas and the capacity of the pump difference is compensated by sucking in filtered fresh air. The exhaust gas will so diluted in constantly changing conditions. From the dilution air and out the exhaust-air mixture are kept constant during the entire test Volume flow of samples taken and collected in sample bags. In this way The samples are ridden, the concentrations of pollutants and carbon dioxide ge measure up. A problem now arises from the fact that the emissions of modern engines and Vehicles are getting smaller. The measured concentrations often approach each other even the detection limit of the analytics, the analysis results become more uncertain. A The remedy is if the dilution ratio is lower and thus the exhaust gas concentration ions in the bags. This approach is also limited by the growing water concentration. Condensation of water in the exhaust bags, who must be avoided in the lines leading there or in the analysis line because this leads to falsification of the measurement results (some pollutants are water soluble and also fall out). Nowadays this problem is solved by that the exhaust gas bag and the sampling line leading there from the CVS so how the analysis line is heated.  

Bei der Erhitzung des Probengases ergibt sich nun das Problem, daß zur Kondensatvermeidung die komplette Vorrichtung mit Abgasbeutel, Probenentnahmeleitungen und der Analyseleitung erwärmt werden müssen. Dies führt dazu, daß die gesamte Beheizung und Temperaturregelung samt Überwachung aufwendig und teuer ist. Da jegliche kalte Stelle im Leitungssystem vermieden werden muß, müssen auch z. B. sämtliche Ventile eine erhöhte Temperatur aufweisen, was einen erhöhten Isolierungsaufwand erfordert. Auch sind die Betriebskosten durch den hohen Stromverbrauch der Beheizung beträchtlich. Darüber hinaus ist man beim Aufbau des kompletten Prüfstandes unflexibel.When heating the sample gas, the problem arises that Condensate avoidance the complete device with exhaust bag, Sampling lines and the analysis line must be heated. this leads to that the entire heating and temperature control including monitoring is complex and expensive. Because any cold spots in the pipe system are avoided must also z. B. all valves have an elevated temperature, what requires an increased insulation effort. The operating costs are also due to the high power consumption of the heating considerably. In addition, you are building of the complete test rig inflexible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten zu schaffen, die die oben genannten Nachteile vermeiden.The invention is therefore based on the object of a device and a method for Analysis of exhaust components to create the disadvantages mentioned above avoid.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of claims 1 and 5.

Dadurch, daß der oder die Probenbeutel in einem gasdichten und druckfesten Behälter angeordnet ist/sind, der über ein Unterdruckfördermittel evakuierbar ist, herrscht auch in den angeschlossenen Leitungen bis hin zu den Durchflußbegrenzern, die zweckmäßigerweise unmittelbar an der Probenentnahmestelle angebracht werden, ein Unterdruck. Durch diese Druckerniedrigung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren, wird die Kondensation auf wirksame und kostengünstige Weise vermieden.Because the sample bag or bags in a gas-tight and pressure-resistant container is / are arranged, which can be evacuated via a vacuum conveyor, also prevails in the connected lines up to the flow restrictors which expediently be attached directly to the sampling point Vacuum. By reducing the pressure compared to the conventional method, condensation is avoided in an effective and inexpensive manner.

Um den Unterdruck im Behälter messen zu können, ist dem Behälter ein Drucksensor zugeordnet. Damit der Unterdruck im Behälter während der Probennahme und dem damit verbundenen Auffüllen der Probenbeutel konstant gehalten wird, wird das Unterdruckfördermittel durch den Drucksensor gesteuert oder dem Unterdruckfördermittel wird über einen Druckregler Frischluft zugeführt.In order to be able to measure the negative pressure in the container, the container has a pressure sensor assigned. So that the negative pressure in the container during sampling and with it connected filling of the sample bag is kept constant, that will Vacuum conveyor controlled by the pressure sensor or the Vacuum conveying means is supplied with fresh air via a pressure regulator.

Um unnötige Leitungen zu vermeiden und die Vorrichtung so flexibel wie möglich zu machen, können der Drucksensor, der Druckregler, Ventile und auch das Unterdruckfördermittel direkt am Behälter angeordnet sein. To avoid unnecessary lines and to make the device as flexible as possible can do the pressure sensor, the pressure regulator, valves and that too Vacuum conveying means can be arranged directly on the container.  

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is based on an embodiment shown in the drawing explained in more detail.

Es zeigt Fig. 1 einen Fließplan zur Analyse von Abgaskomponenten.It shows Fig. 1 is a flowchart for the analysis of exhaust gas components.

Über eine nicht dargestellte Probenentnahmestelle wird den Probenbeuteln 1, 2, 3 Probengas hinzugeführt. Die Beutel können dabei über die Ventile 4, 5 und 6 ausgewählt werden. Die Ventile 7 und 8 dienen dazu, die Durchflußbegrenzer 9 und 10 auszuwählen. Über die Ventile 11, 12 und 13 werden die Beutel 1, 2, 3 mit einem Analysegerät 14 verbunden. Das Probengas wird dabei durch eine Probengaspumpe 15 zu dem Analysegerät 14 gefördert.The sample bags 1 , 2 , 3 are supplied with sample gas via a sampling point (not shown ) . The bags can be selected via valves 4 , 5 and 6 . The valves 7 and 8 serve to select the flow restrictors 9 and 10 . The bags 1 , 2 , 3 are connected to an analysis device 14 via the valves 11 , 12 and 13 . The sample gas is conveyed to the analysis device 14 by a sample gas pump 15 .

Erfindungsgemäß sind die Probenbeutel 1, 2 und 3 in einem gasdichten und druckfesten Behälter 16 angeordnet. Der Unterdruck in diesem Behälter 16 wird durch einen Drucksensor 17 detektiert. Der Drucksensor 17 kann dabei über eine Leitung mit dem Behälter verbunden sein oder aber auch direkt an dem Behälter 16 angeordnet sein oder er kann den Druck in der Leitung vor einem Unterdruckfördermittel 18 messen. Der Behälter 16 wird über das Unterdruckfördermittel 18 und über ein Ventil 19 evakuiert. Um den Unterdruck für die Probenbeutel 1, 2 und 3 während der Befüllung konstant zu halten, wird das Unterdruckfördermittel 18 durch den Drucksensor 17 gesteuert. Über das Ventil 20 kann der Behälter belüftet werden.According to the invention, the sample bags 1 , 2 and 3 are arranged in a gas-tight and pressure-tight container 16 . The negative pressure in this container 16 is detected by a pressure sensor 17 . The pressure sensor 17 can be connected to the container via a line or can also be arranged directly on the container 16 or it can measure the pressure in the line in front of a vacuum conveying means 18 . The container 16 is evacuated via the vacuum conveyor 18 and a valve 19 . In order to keep the vacuum for the sample bags 1 , 2 and 3 constant during the filling, the vacuum conveyor 18 is controlled by the pressure sensor 17 . The container can be ventilated via the valve 20 .

Der Funktionsablauf stellt sich nun wie folgt dar: Die Probenbeutel 1, 2 und 3 werden zunächst vollständig evakuiert, in dem sie über Aufschalten der Ventile 4, 5 und 6 und richtiges Schalten von 19 mit dem Unterdruckfördermittel 18 verbunden werden. Danach werden diese vier Ventile wieder umgeschaltet. Dann evakuiert das Unterdruckfördermittel 18 den Behälter 16, bis ein bestimmter Unterdruck erreicht ist, der bei der anschließenden Probenentnahme konstant gehalten wird. Um diese Phase möglichst kurz zu halten, sollte das Behältervolumen möglichst klein gehalten werden.The functional sequence is now as follows: The sample bags 1 , 2 and 3 are first completely evacuated by connecting them to the vacuum conveying means 18 by opening the valves 4 , 5 and 6 and correctly switching 19 . Then these four valves are switched over again. Then the vacuum conveyor 18 evacuates the container 16 until a certain vacuum is reached, which is kept constant during the subsequent sampling. In order to keep this phase as short as possible, the container volume should be kept as small as possible.

Über die Ventile 7 und/oder 8 sowie die Ventile 4, 5 und 6 werden die Beutel 1, 2 und 3 gefüllt. Der Druck in den Beuteln 1, 2 und 3 ist immer gleich dem Druck im Behälter 16. Da dieser durch das Unterdruckfördermittel 18 über die Ansteuerung des Drucksensors 17 konstant gehalten wird, ist auch der Volumenstrom des Probengases immer konstant, wie es für die Zertifizierung vorgeschrieben ist. Dieser im Behälter 16 herrschende Unterdruck herrscht auch in den angeschlossenen Leitungen bis zu den Durchflußbegrenzern 9 und 10, die zweckmäßigerweise unmittelbar an der Probenentnahmestelle angebracht werden. Auf diese Art und Weise wird die Wasserkondensation sowohl in den Probenbeuteln als auch im gesamten Probenentnahmesystem vermieden. Nach Abschluß der Probenentnahme werden die Probenbeutel 1, 2 und 3 wieder verschlossen.Bags 1 , 2 and 3 are filled via valves 7 and / or 8 and valves 4 , 5 and 6 . The pressure in bags 1 , 2 and 3 is always the same as the pressure in container 16 . Since this is kept constant by the vacuum conveying means 18 via the actuation of the pressure sensor 17 , the volume flow of the sample gas is also always constant, as is prescribed for the certification. This negative pressure prevailing in the container 16 also prevails in the connected lines up to the flow restrictors 9 and 10 , which are expediently attached directly to the sampling point. In this way, water condensation is avoided both in the sample bags and in the entire sampling system. After completion of the sampling, the sample bags 1 , 2 and 3 are closed again.

Zur Analyse werden die Probenbeutel 1, 2 und 3 über die Ventile 11, 12 und 13 mit einem Analysemeßgerät 14 verbunden. Ein Analysefördermittel 15 fördert dabei das Probengas zu dem Analysegerät 14. Auch in dieser Leitung bis zum Analysefördermittel 15 herrscht Unterdruck.For analysis, the sample bags 1 , 2 and 3 are connected to an analysis measuring device 14 via the valves 11 , 12 and 13 . An analysis conveyor 15 conveys the sample gas to the analysis device 14 . There is also negative pressure in this line up to the analysis conveyor 15 .

Zum Spülen werden alle Ventile geschlossen. Über das Ventil 19 sowie die Ventile 4, 5 und 6 und das Unterdruckfördermittel 18 werden die Beutel evakuiert. Möglich ist es auch, über ein nicht dargestelltes Ventil die Probenbeutel 1, 2 und 3 mit einem sauberen Gas, zum Beispiel Stickstoff oder synthetischer Luft, zu füllen und anschließend wieder zu evakuieren (spülen).All valves are closed for flushing. The bags are evacuated via the valve 19 and the valves 4 , 5 and 6 and the vacuum conveyor 18 . It is also possible to fill the sample bags 1 , 2 and 3 with a clean gas, for example nitrogen or synthetic air, via a valve (not shown) and then to evacuate (flush) again.

Es sollte deutlich sein, daß sich dieses Ausführungsbeispiel lediglich auf einen Anwendungsfall beschränkt. Ventile, Drucksensor und das Unterdruckfördermittel können zum Beispiel auch direkt am Behälter 16 angebracht werden. Die Druckregelung im Behälter ist auch durch konventionelle Druckregler möglich. Das Unterdruckfördermittel 18 kann dann eine konstante Förderleistung haben. Das Spülen der Beutel kann z. B. auch dadurch erfolgen, daß eine Pumpe Gas in den Behälter pumpt und so das Gas aus den Beuteln herausgepreßt wird. Die Form der Beutel ist ebenfalls variierbar. Denkbar sind z. B. auch Zieharmonika-ähnliche Formen. Auch ist die Anzahl der Beutel, der zugeordneten Ventile sowie die Anzahl der Durchflußbegrenzer beliebig. Für die eigentliche Druckregelung und die Spülprozedur können separate Pumpen mit angepaßten Förderleistungen verwandt werden.It should be clear that this embodiment is limited to only one application. Valves, pressure sensor and the vacuum conveying means can also be attached directly to the container 16 , for example. Pressure control in the tank is also possible using conventional pressure regulators. The vacuum conveyor 18 can then have a constant delivery rate. Rinsing the bags can e.g. B. also be done in that a pump pumps gas into the container and so the gas is pressed out of the bags. The shape of the bags can also be varied. Z are conceivable. B. accordion-like shapes. The number of bags, the assigned valves and the number of flow restrictors is also arbitrary. For the actual pressure control and the flushing procedure, separate pumps with adapted delivery rates can be used.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten mit
  • - zumindest einer Probengaszuleitung,
  • - zumindest einem Probenbeutel,
  • - zumindest einem Analysator,
  • - zumindest einem Analysefördermittel,dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbeutel (1, 2, 3) in einem gasdichten und druckfesten Behälter (16) angeordnet ist, der über ein Unterdruckfördermittel (18) evakuierbar ist.
1. Device for analyzing exhaust gas components with
  • - at least one sample gas supply line,
  • - at least one sample bag,
  • - at least one analyzer,
  • - At least one analysis conveyor, characterized in that the sample bag ( 1 , 2 , 3 ) is arranged in a gas-tight and pressure-resistant container ( 16 ) which can be evacuated via a vacuum conveyor ( 18 ).
2. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druck im Behälter (16) durch einen Drucksensor (17) detektierbar ist.2. Device for analyzing exhaust gas components according to claim 1, characterized in that the pressure in the container ( 16 ) by a pressure sensor ( 17 ) is detectable. 3. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drucksensor (16) das Unterdruckfördermittel (18) steuert.3. Device for analyzing exhaust gas components according to claim 2, characterized in that the pressure sensor ( 16 ) controls the vacuum delivery means ( 18 ). 4. Vorrichtung zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Drucksensor (17), Ventile (4, 5, 6, 11, 12, 13, 19, 20) und das Unterdruckfördermittel (18) direkt am Behälter (16) angeordnet sind.4. Device for analyzing exhaust gas components according to claim 2 or 3, characterized in that the pressure sensor ( 17 ), valves ( 4 , 5 , 6 , 11 , 12 , 13 , 19 , 20 ) and the vacuum delivery means ( 18 ) directly on Containers ( 16 ) are arranged. 5. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten, wobei zumindest einem Probenbeutel ein Probengasstrom zur Analyse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Proben­ beutel (1, 2, 3) während der Analyse mittels eines Unterdruckfördermittels (18) einem konstanten Unterdruck ausgesetzt wird. 5. A method for analyzing exhaust gas components, wherein at least one sample bag is supplied with a sample gas stream for analysis, characterized in that the sample bag ( 1 , 2 , 3 ) is subjected to a constant negative pressure during the analysis by means of a vacuum conveyor ( 18 ). 6. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Probenbeutel (1, 2, 3) in einem gasdichten und druckfesten Behälter (16) angeordnet wird.6. A method for analyzing exhaust gas components according to claim 5, characterized in that the sample bag ( 1 , 2 , 3 ) is arranged in a gas-tight and pressure-resistant container ( 16 ). 7. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Unterdruckfördermittel (18) durch einen Drucksensor (17) angesteuert wird.7. A method for analyzing exhaust gas components according to claim 5 or 6, characterized in that the vacuum delivery means ( 18 ) is controlled by a pressure sensor ( 17 ). 8. Verfahren zur Analyse von Abgaskomponenten nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Unterdruckfördermittel (18) konstant fördert, wobei dem Unter­ druckfördermittel (18) über einen Druckregler Frischluft zugeführt wird, so daß über eine Verringerung oder Erhöhung des Frischluftanteils die Unterdruckregelung ermöglicht wird.8. A method for the analysis of exhaust gas components according to claim 5 or 6, characterized in that the vacuum conveyor means (18) promotes constant, which is supplied under pressure to conveyor means (18) via a pressure regulator fresh air, so that a reduction or increase of the fresh air portion Vacuum control is made possible.
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